【复合材料螺旋弹簧】欧文斯科宁为汽车悬吊系统开发出轻质玻纤螺旋弹簧
复合材料板弹簧:减轻量产悬架系统的重量
凭借高强度/重量比、抗疲劳性和自然频率等优势，复合材料很好地适合于板弹簧的应用，而更大的优势则是重量的降低。随着快速反应树脂和效率更高的生产工艺的推出，使得更经济的批量生产成为可能。
复合材料板弹簧对于汽车制造业而言不是一件新生事物，实际上，板弹簧本身的历史可以追溯到马车运输时代。通过设计，板弹簧能够吸收因路面不平而引起的上下振动。弹簧变位的变量可使势能作为应变能而得到储存，然后随时间而逐渐大量释放。
复合材料以其高强度/重量比、抗疲劳性和自然频率而很好地适合于板弹簧的应用。复合材料中的内部阻尼能够将振动能更好地吸收到材料中，从而减少了振动噪声向附近结构的传播。
然而，复合材料带来的最大好处是重量的降低：复合材料板弹簧的耐用性是钢质弹簧的5倍多。因此，通用汽车公司（美国密歇根州底特律）于1981年将玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的横向板弹簧（由美国科罗拉多州Englewood的 Liteflex公司提供）用于雪佛兰科尔维特C4上，这种单叶复合材料弹簧重3.
7kg，它取代了一种重达18.6kg的10叶钢弹簧系统 ，据说这使通用汽车公司从科尔维特车上减去了15kg的簧下质量，同时保持了相同的弹簧刚性系数。
这种板弹簧被横向安装，也就是说，它沿每个车轴横穿汽车宽度，从而避免了螺旋弹簧的使用，这种螺旋弹簧通常是坐放在位于车架上的弹簧套中。因此，汽车能够相对地面更低，这有助于改善汽车的操作性。
今天，通用汽车公司已持续将横向的玻纤增强复合材料板弹簧用在雪佛兰科尔维特车型的前后轴上。2014款雪佛兰科尔维特Coupe车型拥有一个双叉骨悬架，通用汽车公司将其称作“short/long arm (SLA)”。
SLA 是指“上控制臂要比下控制臂短”这样一个事实。一个横向复合材料板弹簧贴着下臂跨过汽车宽度。实际上，这种弹簧总是靠着下车架被装载上。这种设计将冲击载荷引到了车架侧面，它取消了独立的后防侧倾杆，通常这种后防侧倾杆必须与标准的悬架组合体一起被装入车型中。据说该弹簧的梁拱线还可在汽车转弯过程中改善轮胎与地面的接触性。
在纵向板弹簧应用方面，复合材料也有取代钢材并降低重量的潜力。这些纵向板弹簧与汽车长度方向平行，使得悬架成为车轮导向系统的一个组成部分。“纵向板弹簧拥有更高的安全因素。
”Benteler-SGL公司（奥地利Ried）业务开发负责人Frank Fetscher声称, “它们可以拥有线性弹簧应变率或渐进弹簧应变率，即多级弹簧，而且必须比横向弹簧拥有更好的扭转力和侧刚度。”该公司是Benteler Automotive公司与碳纤维供应商西格里集团（德国Wiesbaden）的合资公司。
更高的速度，更大的产量
迄今为止, 商业化的玻璃纤维和碳纤维增强复合材料的板弹簧已被限用在低产量的车型中。“当树脂最初被用到汽车行业中时，环氧树脂系统已经在航空制造业中证明了它是首选的树脂。
”汉高公司（美国密歇根州Madison Heights）底盘业务开发专家Scott Simmons解释说，“而这些环氧树脂系统提供了极高的性能，使得所采用的基于这些树脂系统的预浸料生产工艺更好地满足了低产量的航空生产要求。”
环氧树脂预浸料系统不能够快速反应，因为它们不需要采用热压罐工艺，该工艺主要用于以确保质量为目标的高标准航空应用，因而必然会涉及到对温度和压力小心谨慎的而且较慢的控制。然而，更多的研究已通过采用更快的成型工艺，以及开发和使用适合的快速反应树脂系统来加快生产进程。这些新的系统表明了对实现复合材料板弹簧批量化经济生产的承诺。
聚氨酯与HP-RTM工艺
“在汽车行业中, 树脂传递模塑成型（RTM）是专用工艺。”Simmons断言说, “而最大程度地提高该工艺的生产速度对于实现高产量生产至关重要。”为此, 汉高公司已专为快速生产汽车部件的高压树脂传递模塑成型（HP-RTM）工艺而开发了一种聚氨酯基体树脂系统。
“我们的目标是模拟环氧树脂的性能特性，同时提高加工速度和灵活性。”Simmons解释说，并断言：“汽车OEMs需要的复合材料系统是允许以相对低的投资成本，能够每年生产出10万~25万个部件。”
汉高的Loctite Max 2基体树脂为此提供了一个答案: 它拥有2800MPa的高模量，以及5%～10%的断裂伸长率和80MPa的拉伸强度。归功于其独特的聚合物主链结构, 使得纯聚氨酯树脂表现出了固有的韧性。
据汉高介绍，这消除了对增韧剂的额外需求，而增韧剂的使用会增加成本和黏度。这种树脂的韧性特点实际上会转化成抗疲劳性，这一点非常重要，因为汽车板弹簧会在运行条件下承受动载荷，而且要求通过700000次的循环载荷测试。使用这种高度耐疲劳的柔性材料可极大地延长板弹簧的使用寿命。
通过与Benteler-SGL合作，汉高通过采用一种聚氨酯基的HP-RTM工艺，实现了一种轻型、纤维增强板弹簧的商业化批量生产。该工艺组合了单向玻璃纤维预成型技术与汉高的Max 2树脂系统，其结果是，生产出的板弹簧重量不足传统钢质板弹簧重量的65%，两者重量分别为6kg和15kg。
当汉高带着其聚氨酯工艺找到Benteler-SGL时，Benteler-SGL正在开发一种用于梅塞德斯-奔驰Sprinter前轴的复合材料板弹簧，这是戴姆勒公司（德国斯图加特）制造的一款轻型货运车。Sprinter车使用一种复合材料的板弹簧已有多年。
在以前产品的基础上，该部件被设计采用玻璃纤维增强环氧树脂材料。“Benteler-SGL已经设计出织物的取向和密度。”Simmons说, “而我们则提出了一种替代树脂，该树脂能够与已经到位的设计相匹配。”
“采用Max 2聚氨酯取代现在的环氧树脂系统对于戴姆勒公司而言是有吸引力的，因为聚氨酯更强韧，而且比环氧树脂拥有更好的抗弯、抗挠性。”他说，“聚氨酯还提供了更好的抗裂纹延展性，这意味着如果一个岩石弹出并撞击板弹簧，任何可能出现的缺口或裂纹都不太可能扩展。”
“Benteler汽车公司的兴趣在于速度。”Simmons说，“目前的环氧树脂系统要求的成型时间大约是30～35min。按照一年10万～15万个部件的生产计划，30min的循环时间只有大量的模具才能满足需求，这极大地影响了投资成本。
而Max 2树脂系统可实现更快速的注射成型，从采用环氧树脂的按分钟计算变成采用聚氨酯的按秒计算，从而将成型时间从30～35min缩短到8min。”
“利用HP-RTM, 我们获得了一种经济的加工方法，它可提供几何设计的可能性。”Fetscher解释说，“结果, 最终部件拥有与采用环氧树脂系统的部件一样的特性。”根据Fetscher的说法, 聚氨酯基体树脂的流变性能作为温度和等温固化动力学的函数可得到评估，从而以尽可能小的树脂黏度确定注塑加工窗口。
这种最佳的加工窗口被证明在70～110℃之间。“在最佳的加工参数条件下，以低于30mPas的黏度注射混配的聚氨酯基体树脂是可行的。
”Fetscher声称，“采用高压RTM设备,低的基体树脂黏度使得100～300g/s的超快速注射成为可能。同时，聚氨酯基体树脂独特的流动性不会引起不受欢迎的纤维位移，而这种情况在采用较高黏度的基体树脂时是常见的。”
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欧文斯科宁为汽车悬吊系统开发出轻质玻纤螺旋弹簧 发表时间:2015/4/3
欧文斯科宁3月10日官网消息称,公司已为汽车悬架系统开发出首个复合材料螺旋弹簧(coil spring)。据称,研发工作是与意大利Sogefi集团共同完成的,后者是欧洲主要的汽车零部件开发制造商之一,旗下两大业务板块之一就是精密弹簧和汽车悬架部件。
欧文斯科宁表示,这款弹簧是用玻纤增强复合材料(GFRP)制造的,比传统的钢铁材料减重约40%-70%。GFRP材料具有更突出的抗疲劳性能,并且减噪减震,同时更耐化学腐蚀,还可更好地抵挡碎石等物理冲击。
Sogefi集团表示说,这款弹簧与现有悬架系统完全匹配,无需为了使用它而更换新的悬架系统。安装后,每辆车可以减重4-6千克,极大地减轻了簧下质量(unsprungmass),提升了驾驶的精准度,并且每行驶1公里可实现减少0.
5g二氧化碳的排放。欧文斯科宁对于Sogefi的合作表示出充分的肯定,称将继续致力于拓展复合材料在汽车底盘、车顶、缓冲梁、座椅结构等部件上的应用。
